水稻地方品種高抗性淀粉含量QTL挖掘與定位

林靜 張云輝 張所兵 陳海元 朱曉妹 唐偉杰 方先文

摘要：以高抗性淀粉秈稻品種扎西瑪和江蘇省著名優質粳稻南粳46為親本構建的重組自交系為材料，運用AOAC法測定了群體家系的抗性淀粉含量，用于QTL分析的分子連鎖圖譜包含202個SSR分子標記。本研究共檢測到2個加性QTL：qRS-6和qRS-8，分別位于第6和第8染色體上，共解釋58.38%的表型變異。其中，來源于高值親本扎西瑪的qRS-6貢獻率高達51.38%，是一個主效的QTL位點;來源于低值親本南粳46的qRS-8貢獻率只有7%。結果可為高抗性淀粉水稻育種提供資源，進一步挖掘緊密連鎖分子標記奠定基礎。

關鍵詞：水稻;重組自交系;抗性淀粉;QTLs

中圖分類號： S511.01? 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）23-0058-03

收稿日期：2021-03-16

基金項目：江蘇省農業科技自主創新資金[編號：CX（18）1001]。

作者簡介：林 靜（1981—），女，江蘇海安人，碩士，副研究員，主要從事水稻資源研究。E-mail：534663739@qq.com。

水稻大米是亞太地區主食，大量的淀粉存在于大米胚乳中，但其中的抗性淀粉含量很低，熱米飯中抗性淀粉含量一般低于1%，冷米飯中也僅為10%～2.1%[1]。隨著社會的發展，人們物質生活水平的提高，飲食結構也發生了巨大的改變。體內血糖含量超標人群以及肥胖人群不斷增加。稻米中的抗性淀粉具有與水溶性膳食纖維相似的生理功能。高抗性淀粉大米既可以滿足飽腹的需求，又能夠防止糖尿病患者餐后血糖的快速升高，避免減肥人士攝入過多能量[2-5]。前期抗性淀粉的研究主要集中于功能性試驗以及含量測定[6-9]，目前，主要集中在稻米抗性淀粉的形成、理化特性及其與直鏈淀粉的關系等方面[10-16]，而對于高抗性淀粉水稻的遺傳改良研究相關報道不多[17-18]。

地方品種資源中篩選出的高抗性淀粉水稻存在農藝性狀較差、產量不高、品質差、適口性不好等缺點，無法直接用于生產與推廣。水稻育種工作者希望通過配置抗性淀粉含量差異較大的遺傳群體，對控制抗性淀粉含量的性狀進行數量性狀基因座（quantitative trait locus，QTL）定位，找到該性狀連鎖的分子標記，通過分子標記輔助選擇，將高抗性淀粉QTL導入到生產上大面積推廣的品種中，可縮短育種進程，及早培育出適應生產和市場的高抗性淀粉水稻新品種。筆者所在研究室利用AOAC測定方法篩選出一個高抗性淀粉水稻品種扎西瑪，與優良食味水稻品種南粳46配置重組自交系，運用已經構建的遺傳圖譜對獲得的表型數據進行分析，對水稻高抗性淀粉性狀進行QTL定位，以期為高抗性淀粉水稻育種提供標記和利用依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以高抗性淀粉秈稻品種扎西瑪為母本，優良食味粳稻品種南粳46為父本，通過單粒傳法，獲得143個重組自交系（F8）家系。所有試驗材料于2017年種植于江蘇省農業科學院試驗田內，按常規種植，收獲晾干后收集存放于江蘇省農業科學院種質資源研究中心備用。

1.2 抗性淀粉含量測定

測定米粉中抗性淀粉含量參照羅曦等的方法[19]，精確稱取0.1 g精米粉，加入胰腺α-淀粉酶，37 ℃水浴振蕩消化16 h后，檢測樣品中抗性淀粉含量。每份樣品3次重復。

1.3 QTL分析

采用Wang等開發的QTL檢測軟件[20]QTL IciMapping V 3.2進行QTL分析，以LOD值2.5為閾值。QTL命名遵循McCouch原則[21]。

2 結果與分析

2.1 親本與群體抗性淀粉（RS）含量分析

高抗性淀粉品種扎西瑪的RS含量達2.42%，南粳46為0.58%，差異有統計學意義。用于QTL檢測的重組自交系群體RS含量為0.33%～249%，其變化表現為連續偏正態分布（圖1），偏度為-0.659，峰度為-0.970。有一定數量的株系抗性淀粉含量超過親本，表明該性狀是由多基因控制的數量性狀。

2.2 抗性淀粉含量的QTL分析

本研究前期運用較均勻分布于水稻12條染色體上的202對SSR多態性分子標記，構建了該重組自交系的分子連鎖圖譜，全長1 437.3 cM，平均圖距8.1 cM，可以用于QTL定位。結合抗性淀粉測定數據，利用QTL IciMapping 3.2分析QTL的位置及遺傳效應。共檢測到2個控制抗性淀粉含量的加性QTL（qRS-6，qRS-8），分別位于第6和第8染色體上（圖2、表1），共解釋了58.38%的表型變異。qRS-6 的貢獻率高達51.38%，是一個主效的QTL位點，加性效應為正值，表明抗性淀粉含量的增效位點來源于高抗性淀粉親本扎西瑪。qRS-8的貢獻率較低，為7.00%，但加性效應為負值，表明增效位點來源于低抗性淀粉親本南粳46。

3 結論與討論

大面積推廣品種正面臨遺傳基礎單一的問題。充分挖掘地方品種中蘊含的優異基因資源，對推動現代育種具有積極的意義。相關研究表明，水稻大部分性狀，如穗長、粒形、抗病、耐鹽等，都屬于多基因控制的數量性狀，遺傳基礎復雜[22-25]。克隆數量性狀基因時，首先要通過構建合適的作圖群體鑒定出數量性狀相關QTL，分析每個QTL的位置和效應;再通過不斷回交的方式將不同的QTL分開，獲得相同背景的近等基因系，復雜性狀才能被分解成單個孟德爾因子，以便開展下一步的工作。水稻的很多重要性狀QTL就是通過這種方法得到了克隆[26-29]。

大米作為我國的傳統主食，其淀粉適口性好。而抗性淀粉因其突出的生理作用，成為功能性食品的研究熱點。水稻育種工作者希望能培育出高抗性淀粉水稻品種，以滿足糖尿病人、減肥人士等特殊人群的需求。稻米抗性淀粉含量測定工作量非常大。因此，水稻育種者希望能找到與高抗性淀粉性狀緊密連鎖的分子標記，通過標記輔助選擇，大大減少測定工作量。對抗性淀粉的遺傳學進行研究，也有助于在分子層面解釋水稻抗性淀粉的形成和發育機制，對培育高抗性淀粉水稻品種具有重要的意義。

本試驗中，扎西瑪/南粳46的重組自交系群體中抗性淀粉含量表現為連續的單峰偏正態分布。位于第6染色體上的qRS-6為主效QTL，效應值達51.38%，表明水稻抗性淀粉含量是由少數主效基因和多個微效基因以及非等位基因間互作所控制的數量性狀（QTL）。與以往的遺傳研究結論[19，30]一致。并且位于第6染色體上的qRS-6與羅曦等利用不同遺傳群體檢測到的位點基本一致，均位于標記RM510附近，可能是同一位點[19]。后續的研究將集中在與該主效位點緊密連鎖的分子標記的開發，為高抗性淀粉水稻育種提供分子標記。

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